1-MCP与脉冲熏硫联合调控四川仔姜保鲜效果研究

杜美军，张鲜桃，刘震远，李海登，贾晓昱，李喜宏

(天津科技大学 食品科学与工程学院，省部共建食品营养与安全国家重点实验室，天津 300457)

姜(ZingiberofficinaleRoscoe)为姜科姜属多年生草本植物的根茎，是一种世界上广泛种植的蔬菜及香辛调味料[1]。根据采收成熟度的不同分为鲜食仔姜和老姜。其中，仔姜脆嫩少辣，兼具健脾、醒胃、驱风、去湿等多重功效，实属调味配料和腌制原料之佳品[2]。然而，由于仔姜采收后生理活动旺盛，极易出现失水萎蔫及微生物病害腐败现象。因此，提升贮藏品质并延长货架期是仔姜保鲜首先需要解决的问题。

近年来，国内外关于果蔬保鲜的技术手段层出不穷，气调保鲜、涂膜保鲜、化学杀(抑)菌剂处理、辐照保鲜等方式广泛应用且效果良好[3]。但是针对仔姜保鲜相关高效的技术手段却十分匮乏。1-甲基环丙烯(1-MCP)是一种优良的乙烯抑制剂，它可以有效抑制乙烯的产生，并延缓果蔬衰老和相关成熟基因的激活[4]。二氧化硫(SO2)是一种传统且极其高效，能够保护果蔬不受霉菌侵害的化学物质，它不仅可以通过氧化还原作用改变致病菌蛋白质的构象，高效杀死它们，还能通过激活与次生代谢和致病相关蛋白的防御反应，诱导植物组织抗病性增强[5]。但是由于二氧化硫兼具毒副作用，故用在接触性食品处理中限制性颇多。因此，将1-MCP与熏硫方式有机结合，对探索仔姜安全高效的保鲜新方式具有十分重要的意义。

本项目先以最佳浓度的1-MCP熏蒸处理仔姜，然后采用不同方式的脉冲(间歇式)熏硫处理，熏蒸设备采用脉冲式防霉设备并配制标准SO2气体，可实现精准熏硫循环控制。定期取样检测仔姜的保鲜理化指标，以期探明一种安全高效的脉冲熏硫方式，为仔姜的贮藏保鲜提供实践指导和理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

供试仔姜：购自四川乐山市，采收后带泥土空运次日达天津科技大学食品保鲜与加工实验室。

PE打孔保鲜袋：25 cm×25 cm，厚度25 μm，国家农产品保鲜工程技术研究中心。

化学试剂：1-甲基环丙烯(1-MCP)，咸阳西秦生物科技有限公司；冰乙酸(分析级)；聚乙二醇-6000(PEG 6000)；聚乙烯吡咯烷酮(PVP)；聚乙二醇辛基苯基醚(Triton X-100)；邻苯二酚(分析级)等试剂均为AR级。

1.2 仪器与设备

果蔬脉冲式防霉机(SO2控制精度为0.0001%) 天津捷盛东辉保鲜科技有限公司；GY-1果实硬度计 浙江托普仪器有限公司；HP-200 精密色差仪 上海汉普光电科技有限公司；T6紫外可见分光光度计 北京普析通用仪器有限责任公司；TGL-16高速冷冻离心机 四川蜀科仪器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 处理方案

分级挑选完整无损伤、无病虫害的仔姜，在(14±0.5) ℃条件下预冷12 h，再用3%食品级H2O2清洗晾干后用1 μL/L浓度的1-甲基环丙烯(1-MCP)熏蒸处理12 h。分装于PE打孔袋中，(14±0.5) ℃条件观测60 d，期间使用1.0 mL/L SO2进行脉冲式熏硫处理：每10 d脉冲1次(T1组)；每20 d脉冲1次(T2组)；每30 d脉冲1次(T3组)；CK组为不熏硫。每组脉冲熏硫时间均为40 min，重复3次，每10 d取样测定理化指标。

1.3.2 指标测定

1.3.2.1 失重率与腐烂率的测定

采用称重法计算仔姜失重率，计数法计算腐烂率[6]，计算方法见公式(1)和公式(2)。

(1)

(2)

1.3.2.2 硬度的测定

使用GY-1水果硬度计测定仔姜的硬度。将仔姜不同位置削出3个平面，用直径2 mm的探针垂直平面插入至探针刻线，重复3次，取平均值作为测定结果。

1.3.2.3 色差值的测定

参考Weatherall等[7]的方法，利用色差仪测定仔姜的L*、a*和b*值，色差值(△E*a*b*)按式(3)计算得到:

△E*a*b*=[(Li*-L0*)2+(ai*- a0*)2+(bi*-b0*)2]0.5。

(3)

式中：Li*、ai*、bi*分别表示仔姜贮藏第i天的数值；L0*、 a0*、b0*为仔姜第0天的数值。

1.3.2.4 苯丙氨酸酶(PAL)活性的测定

参照Kavitha等[8]的方法测定仔姜苯丙氨酸酶(PAL)的活性(U/g)。

1.3.2.5 多酚氧化酶(PPO)活性的测定

参考曹建康等[9]的方法，测定仔姜多酚氧化酶(PPO)的活性。

1.3.2.6 二氧化硫残留量的测定

参考梁宏等[10]的方法，采用蒸馏碘量法测定仔姜中SO2的残留量。

1.3.3 数据分析

采用Microsoft Excel 2010软件处理数据, 计算平均值和标准偏差，使用Origin 9.0作图分析，SPSS 13.0进行显著性分析，每组试验重复测定3次。

2 结果与分析

2.1 不同熏硫方式对仔姜失重率和腐烂率的影响

失重率和腐烂率是反映仔姜贮藏品质和保鲜效果的重要指标，其中仔姜根茎的断裂部位是加剧呼吸和蒸腾失水的主要途径[11]，由表1可知，仔姜在贮藏期内根茎失重急速加剧。贮藏60 d时，脉冲熏硫组失重分别为24.5%(T1)、25.9%(T2)和33.8%(T3)，显著低于对照组(P<0.05),其中T1和 T2组差异不大。说明脉冲熏硫对于抑制仔姜采后的生理活动具有显著效果，可能与二氧化硫抑制根茎生理代谢相关酶活性有关。仔姜腐烂率数据变化表明，脉冲熏硫是一种有效抑制根茎腐烂的方式。贮藏60 d，每10，20，30 d脉冲熏硫的仔姜腐烂率分别为7.7%(T1)、6.9%(T2)和9.8%(T3)，其中T2处理组腐烂率最低，而未经过脉冲熏硫处理的仔姜腐烂率却达到了63.8%，差异极其显著(P<0.01)，这与SO2极其高效的杀菌能力有关。

表1 不同熏硫方式仔姜的失重率和腐烂率变化Table 1 Changes in weight loss rate and rotting rate of tender ginger with various SO2 fumigation methods

2.2 不同熏硫方式对仔姜硬度的影响

根状茎发生冷害、失水和微生物侵染是造成仔姜软化的主要原因[12]。而仔姜的硬度和脆度直接影响其鲜食性和商品价值。由图1可知，贮藏过程中仔姜的硬度先略有增高随后不断下降，其中硬度的升高可能与仔姜前期急速失水而细胞壁纤维素未能及时降解有关。贮藏60 d时，T1和 T2组仔姜硬度分别下降了23.2%和19.6%，差异不显著(P>0.05), T3硬度下降较多，为35.7%。与之相比，对照组软化现象极为严重，整个贮藏期间硬度下降了85.7%。由此可见，合理的脉冲熏硫处理能够有效地抑制仔姜软化。

图1 不同熏硫方式仔姜的硬度变化

2.3 不同熏硫方式对仔姜色差值的影响

果蔬的色值属性直观反映其新鲜程度，色差值△E*a*b*可以衡量仔姜的褐变度，该值越小说明护色效果越好[13]。由图2可知，随着贮藏时间的延长，仔姜的△E*a*b*值在不断增加。而经过脉冲熏硫处理的仔姜褐变速度明显延缓，60 d贮藏期间，△E*a*b*值分别增加了17.2±2.46(T1)、21.9±2.97(T2)和29.5±4.69(T3)，其中每10 d脉冲熏硫1次处理组的仔姜护色效果最好。与处理组相比，对照组色差值增加最快，在贮藏末期达到56.7±3.39，已然失去了食用价值。由此可见，脉冲熏硫的频率越高，对仔姜的护色效果越好。

图2 不同熏硫方式仔姜的色差值变化

2.4 不同熏硫方式对仔姜苯丙氨酸酶(PAL)活性的影响

有很多引起果蔬褐变的因素且机制非常复杂，苯丙氨酸酶被认为是参与褐变底物合成(酚类化合物)的主要酶[14]。由图3可知，随着贮藏时间的延长，仔姜细胞内的PAL酶活性在不断提高，贮藏60 d时，各组分别升高了13.9 U/g(T1组)、12.9 U/g(T2组)、20.9 U/g(T3组)和29.8 U/g(CK组)。其中T2处理组PAL酶活性保持最低，但与T1组差异性不大(P>0.05)。显然，恰当的脉冲熏硫方式能够更有效抑制仔姜根状茎发生褐变。

图3 不同熏硫方式仔姜的PAL活性变化

2.5 不同熏硫方式对仔姜多酚氧化酶(PPO)活性的影响

果蔬体内的多酚氧化酶具有增强机体抗病性和诱发组织酶促褐变双重特性。由图4可知，贮藏期间仔姜的多酚氧化酶(PPO)活性变化较为复杂，总体而言，贮藏前30 d，各组酶活性在不断升高，可能与仔姜根状茎逆境损伤抗病性提高有关；30 d后酶活性在不断下降，可能与组织褐变加剧相关。贮藏末期，各脉冲熏硫处理组仔姜多酚氧化酶活性均低于4.5 △OD420/(min·g)，且差异性不显著(P>0.05)，而对照组酶活性远高于处理组，说明脉冲熏硫对于提升组织抗病性、抑制褐变具有积极作用。

图4 不同熏硫方式仔姜的PPO活性变化

2.6 不同熏硫方式对仔姜二氧化硫残留的影响

二氧化硫虽然具有极其有效的防腐杀菌能力，但如果脱离食品安全，一切研究就显得毫无意义。不同熏硫方式处理的仔姜贮藏60 d后二氧化硫的残留量见图5。

图5 不同处理仔姜贮藏60 d时SO2残留量

由图5可知，T1处理组SO2残留量达到了67.9 mg/kg，超过GB 2760-2014规定限量残留标准[15]，而T2和T3处理组的仔姜SO2残留量分别为38.3 mg/kg和25.6 mg/kg，食品仍处于安全范畴。因此，为保证仔姜安全食用，应适当减少脉冲熏硫的次数。

3 结果与讨论

研究了四川仔姜经过最佳浓度的1-MCP熏蒸处理后，每10，20，30 d分别进行脉冲熏硫处理。研究表明：脉冲熏硫处理组仔姜的各项保鲜指标均优于对照组，其中每10 d和20 d脉冲熏硫处理组仔姜失重最小，腐烂率最低，硬度维持最佳，色泽属性保持最好，较好地提升了仔姜根状茎的抗病性并抑制了组织褐变。然而，每10 d处理组仔姜在贮藏60 d时，检测出SO2残留量超过国标限量标准。综合考虑，1-MCP联合每20 d脉冲熏硫的处理方式可以安全有效地提高仔姜的贮藏保鲜品质。